Контрольная работа по "Материаловедению"

        Исходя  из условий работы шестерен, в  практике машиностроения применяется  несколько технологических схем  их термической обработки. Шестерни, работающие при низких скоростях  и малых нагрузках, изготавливают  из среднеуглеродистых или низколегированных  конструкционных сталей марок 45, 50, 40Х, 40ХН. Например, для изготовления детали диаметром 30 мм используют сталь 40Х (или другую сталь, имеющую такую же прокаливаемость), закалённую в воде. Если конфигурация детали сложная и охлаждение в воде приводит к значительной деформации, то вместо воды в качестве закалочной среды следует применять минеральное машинное масло, а вместо стали 40Х – сталь 40ХН. В том же случае, когда деталь испытывает только изгибающие или крутящие нагрузки, её сердцевина не подвергается воздействию напряжений, поэтому прокаливаемость стали не имеет такого важного значения.

 

Характеристика материала.                        Сталь 40Х.

Марка                                                            Сталь 40Х

Классификация                                          Сталь конструкционная 

                                                                        легированная. Хромистая

Заменитель                                         Сталь 45Х ,сталь 38ХА ,сталь 40ХН ,сталь   

                                                             40ХС ,сталь 40ХФА ,сталь 40ХГТР

Прочие обозначения                             ----------

 Иностранные аналоги                AISI 5135,AISI 5135 H,AISI 5140,AISI 5140 H

Применение               оси, валы, вал-шестерни, плунжеры, штоки, коленчатые и кулачковые валы, кольца, шпиндели, оправки, рейки, губчатые венцы, болты, полуоси, втулки и другие улучшаемые детали повышенной прочности.

Вид поставки

Обработка металлов давлением. Поковки: ГОСТ 8479-70

Сортовой и фасонный прокат ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88

Листы и полосы ГОСТ 82-70, ГОСТ 103-76, ГОСТ 19903-74

Сортовой и фасонный прокат ГОСТ 1051-73,  ГОСТ 4543-71, ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78, ГОСТ 14955-77

Листы и полосы ГОСТ 1577-93

Трубы стальные и соединительные части к ним ГОСТ 13663-86

 

 

Механические свойства стали 40Х

Марка стали - 40Х	Термообработка	Толщина или диаметр, мм	Твердость поверхности (НВ) или HRC	Твердость сердцевины (НВ) или HRC	, МПа	, МПа
Нормализа. улучшение Улучшение У+3 ТВЧ 3.0.5600С 3.0.2000С	до 100 до 200 до 125 до 125 25 до 20	до 100 до 200 до 125 до 125 25 до 20	(170…220) - - 45…50 - -	- (235…260) (270…300) (270…300) - > 46	600 790 900 900 1000 1600	350 640 750 750 800 1300

Химический состав в % материала 40Х

С           Si       Mn            Ni           S           P       Cr     Cu                  

0,36-0,44 0,17-0,37 0,5-0,8   до 0,3    до 0,035 до 0,035 0,8-1,1          до 0,3

 

Температура критических точек

 Критическая точка °С

Ac1 743

Ac3 815

Ar3 730

Ar1 693

Mn 325

Механические свойства стали 40Х	Пруток ГОСТ 4543-71
Термообработка, состояние поставки Сечение, мм σ0,2 ,МПа  σв,МПа  δ5, %  ψ, %  KCU, Дж/м2  HB	Закалка 860 °С, масло. Отпуск 500 °С, вода или масло   25   780   980   10   45   59   -

Технологические свойства

Температура ковки Начала 1250, конца 800.

Сечения до 350 мм охлаждаются на воздухе.

Свариваемость трудносвариваемая.

 Способы сварки: РДС, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка.

КТС - необходима последующая термообработка.

Обрабатываемость резанием В горячекатаном состоянии при НВ 163-168, σв = 610 МПа Kν тв.спл. = 0.20, Kν б.ст. = 0.95.

Склонность к отпускной способности - склонна

Флокеночувствительность -   чувствительна

 

Выбор и обоснование режимов термической обработки

Сталь 40Х является доэвтектоидной конструкционной легированной сталью. Температура нагрева при закалке выбирается в этом случае на 50 …700С выше критической точки Ас3, т.е.

tн = Ас3 + (50 …70) 0С = 760 0С + 60 0С = 820 0С. Для получения мартенситной структуры при закалке стали её необходимо охлаждать со скоростью не меньшей, чем критическая скорость

закалки (Vохл. ≥ Vкр.). Значение Vкр. определим, воспользовавшись диаграммой изотермического превращения переохлаждённого аустенита. В качестве закалочной среды следует применить минеральное машинное масло, в котором скорость охлаждения в интервале температур наименьшей устойчивости переохлаждённого аустенита (650 …550 0С) составляет примерно 150 0/с, что больше Vкр. данной стали. В нижнем, мартенситном интервале температур масло охлаждает с небольшой скоростью (20… 30 0/с), что уменьшает вероятность образования закалочных дефектов. После закалки структура стали по всему сечению шатуна состоит из мартенсита и ~ 3 …5 % остаточного аустенита.

Для получения требуемых механических свойств и уменьшения внутренних напряжений, возникших при закалке, сталь подвергают отпуску. С повышением температуры отпуска прочностные свойства конструкционной стали уменьшаются, а её пластичность и вязкость возрастают. Высокий отпуск проводится при температуре 580-600˚С. В результате получаем структуру – сорбит отпуска. Высокий отпуск создает наилучшее соотношение прочности и вязкости. Закалка с высоким отпуском (по сравнению с нормализацией или отжигом) повышает временное сопротивление, предел текучести, относительное сужение и особенно ударную вязкость. Высокие отпуск почти полностью снимает остаточные напряжения, возникшие при закалке.

 

Закалка доэвтектоидной стали заключается в нагреве стали до температуры выше критической (Ас3), в выдержке и последующем охлаждении со скоростью, превышающей критическую.

Температура точки Ас3 для стали 40 составляет 790°С.

Если доэвтектоидную сталь нагреть выше Ас1, но ниже Ас3, то в ее структуре после закалки наряду с мартенситом будут участки феррита. Присутствие феррита как мягкой составляющей снижает твердость стали после закалки. При нагреве до температуры 760°С (ниже точки Ас3) структура стали 40 – аустенит + феррит, после охлаждения со скоростью выше критической структура стали – мартенсит + феррит.

Температура нагрева стали под закалку, таким образом, составляет 820-840°С. Структура стали 40 при температуре нагрева под закалку – аустенит, после охлаждения со скоростью выше критической – мартенсит.

Таким образом, более высокие эксплуатационные свойства будет иметь деталь, закаленная от температуры 830°С.